FR2560182A1 - Ceramic material based on silicon nitride and on a hard refractory main phase - Google Patents
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Abstract
Description
La présente invention est relative à un alliage céramique présentant des qualités supérieures, en particulier pour son utilisation dans des outils de coupe. L'invention concerne en particulier un iypc de sllatière pour outil de coupe qui est à base de sialon (silicium, aluminium, oxygène, azote) dans laquelle la résistance à l'usure est amé lior par l'addition de principes durs réfractaires et la ténacité est augmentée en faisant comporter à cette matière deux phases cristallines différentes. The present invention relates to a ceramic alloy having superior qualities, particularly for use in cutting tools. In particular, the invention relates to a type of cutter material which is based on sialon (silicon, aluminum, oxygen, nitrogen) in which the wear resistance is improved by the addition of hard refractory principles and the toughness is increased by making this material comprise two different crystalline phases.
Des plaquettes de coupe en matière céramique à base d'alumine se caractérisent par une stabilité chimique su- périeue, ce qui permet leur utilisation dans des opérations de coupe à des vitesses de coupe élevées sans qu'elles soient usées par oxydation ou par dissolution chimique5Tou- tefois, une limitation grave dans l'utilisation de matières à base d'alumine réside dans la grande sensibilité de ces matières aux chocs mécaniques et thermiques, ce qui réduit sévèrement leurs possibilités d'utilisation dans des opérations de coupe intermittentes, par exemple en fraisage. Alumina-based ceramic cutting inserts are characterized by superior chemical stability, which allows their use in cutting operations at high cutting speeds without being oxidatively or chemically dissolvable. - However, a serious limitation in the use of alumina materials lies in the high sensitivity of these materials to mechanical and thermal shock, which severely reduces their potential for use in intermittent cutting operations, for example in milling.
Les matières à base de nitrure de silicium ont été essayées dans les outils de coupe pendant les dernières années, et elles ont montré une très bonne ténacité en raison de leur faible coefficient de dilatation thermique. Leurs possibilités d'application, toutefois, sont limitées par une usure relativement importante due à leur grande réactivité avec le fer. La résistance à l'usure peut être considérablement améliore en combinant le nitrure de silicium avec d'autres principes durs qui présentent une dureté et une stabilité chimique plus élevées. De telles matières ont déjà été décrites par exemple dans la publication "Por Met" t1978) : 2, pages 48 à 52, dans laquelle on mentionne une matière de coupe à base de nitrure de silicium avec addition de carbure de titane.Dans la même publication, (1981): 7, pages 73 à 77, on a étudié des additions de nitrures au nitrure de silicium. Des matières de coupe similaires sont décrites dans la demandc de brevet japonais nO 56-32377 du ler Avril 1981, dans laquelle l'addition consiste-en 5 à 40 t en poids de TiC, Ti (C,N)ou TiN, et dans les demandes de brevet européen 35777 ct 95129 dans lesquelles les additions sont des carbures et/ou des nitrures de metaux qui appartiennent aux groupes IVB, VB et VlB de la classification périodique des éléments. I1 est caractéristique pour ces matières que, en plus du carbure ou du nitrure réfractaire, elles consistent en une seule phase cristalline de nitrure de silicium ou de sialon beta et éventuellement une autre phase contenant une grande quantité d'adjuvants de frittage, tels par exemple que l.'oxy- de d'yttrium, et qui peut être amorphe. Silicon nitride materials have been tried in cutting tools in recent years, and have shown very good toughness because of their low coefficient of thermal expansion. Their application possibilities, however, are limited by relatively high wear due to their high reactivity with iron. The wear resistance can be considerably improved by combining silicon nitride with other hard principles which have a higher hardness and chemical stability. Such materials have already been described for example in the publication "Por Met" t1978): 2, pages 48 to 52, in which mention is made of a cutting material based on silicon nitride with addition of titanium carbide.In the same publication, (1981): 7, pages 73 to 77, silicon nitride nitride additions were studied. Similar cutting materials are described in Japanese Patent Application No. 56-32377 of April 1, 1981, wherein the addition consists of 5 to 40 wt% TiC, Ti (C, N) or TiN, and European Patent Applications 35777 and 95129 in which the additions are carbides and / or nitrides of metals which belong to groups IVB, VB and VlB of the Periodic Table of Elements. It is characteristic for these materials that, in addition to refractory carbide or nitride, they consist of a single crystalline phase of silicon nitride or sialon beta and possibly another phase containing a large amount of sintering aids, such as, for example than yttrium oxide, and which can be amorphous.
Conformément à l'invention on a trouvé, de manière tout à fait surprenante, que les propriétés de coupe peuvent dans certains cas être considérablement améliorées pour une matière essentiellement à base de nitrure de silicium, d'une phase de carbure/nitrure refractaire et une phase contenant des adjuvants de frittage si le composant à base de nitrure de silicium - qui es effectivement le sialon - est présent sous deux formes cristallines : alpha et beta. According to the invention it has been found, quite surprisingly, that the cutting properties can in some cases be considerably improved for a material essentially based on silicon nitride, a carbide / nitride refractory phase and a a phase containing sintering aids if the silicon nitride component - which is actually the sialon - is present in two crystalline forms: alpha and beta.
La phase alpha est une phase hexagonale de formule générale : Mx (Si,Al)12(O,N)16 , dans laquelle M=Li, Ca,
Y ou d'autres lanthanides et x 2. The alpha phase is a hexagonal phase of general formula: Mx (Si, Al) 12 (O, N) 16, in which M = Li, Ca,
Y or other lanthanides and x 2.
La phase beta est une phase hexagonale de formule générale
Si6-zAlzOzN8-z dans laquelle O < z < 4,2.The beta phase is a hexagonal phase of general formula
Si6-zAlzOzN8-z wherein O <z <4.2.
La présence de la phase alpha augmente la dureté mesurée à la température ambiante, mais elle a également une influence favorable sur la résistance à la déformation plastique (voir plus loin) car, probablement, la dureté à chaud est également accrue dans un sens favorable. La déformation plastique de l'arête de coupe peut être observée dans des conditions pour lesquelles l'arête est soumise à une haute température, c'est-à-dire à une vitesse de coupe et/ou d'avance élevée. La déformation plastique conduit à la fomlaLion de fissul^es sur l'aryle de coupe de la plaquette de coupe, ce qui provoque une déficience de l'outil quand ces fissures évoluent. Ce type de formation de fissures a été décrit par exemple dans le document
Met.Tech 10 (1983) : Dcc p 482 - 9 (Bhattacharyya et au tres," Wear mechanisms of sialon ceramics tools when machining nickel base materials"). I)e manière loul a rait surprenante, on a trouvé que la présence de sialon alpha améliore considérablement la capaìLé de la maLierc a resister à la déformation plastique, ce qui permet des vitesses de coupe et des avances plus élevées sans risques de fractures catastrophiques.The presence of the alpha phase increases the hardness measured at room temperature, but it also has a favorable influence on the resistance to plastic deformation (see below) because, probably, the hot hardness is also increased in a favorable direction. The plastic deformation of the cutting edge can be observed under conditions for which the edge is subjected to a high temperature, i.e. at a high cutting speed and / or feed rate. The plastic deformation leads to the fomlaLion of fissures on the cutting aryl of the cutting insert, which causes a deficiency of the tool when these cracks evolve. This type of crack formation has been described for example in the document
Met.Tech 10 (1983): Dcc p 482-9 (Bhattacharyya et al., "Wear mechanisms of sialon ceramics tools when machining nickel base materials"). Surprisingly, it has been found that the presence of sialon alpha greatly improves the ability of the fabric to withstand plastic deformation, thereby allowing higher cutting speeds and feed rates without the risk of catastrophic fractures.
L'amélioration des propriétes se manifeste principalement par une augmentation considérable de la résistance de l'arête de coupe à la formation d'éclats dans certaines matières de pièces de travail. Cet avantage a été observé en particulier dans certaines matières à haute temperature à base de nickel en raison des tempe ratures de coupe élevées. Toutefois, le même phénomène se produit égalez ment dans d'autres matières de pièces de travail si certaines valeurs de vitesses de coupe et d'avance sont dépassées. The improvement of the properties is mainly manifested by a considerable increase in the resistance of the cutting edge to the formation of chips in certain workpiece materials. This advantage has been observed particularly in certain nickel-based high temperature materials because of the high cutting temperatures. However, the same phenomenon also occurs in other workpiece materials if certain values of cutting speeds and feed rates are exceeded.
La présente invention concerne par conséquent une matière qui est caractérisée en ce qu'elle contient une phase alpha et une phase beta du type sialon et, de plus, une phase intergranulaire, généralement à l'état vitreux, mais qui peut également consister en phases cristallines. De plus, il existe une phase de principe dur réfractaire cons tituée de carbures, nitrures ou carbonitrures de métaux appartenant aux groupes IVB, VB et/ou VIE de la classification périodique des éléments. The present invention therefore relates to a material which is characterized in that it contains an alpha phase and a beta phase of the sialon type and, in addition, an intergranular phase, generally in the vitreous state, but which can also consist of phases crystal. In addition, there is a phase of refractory hard principle consisting of carbides, nitrides or carbonitrides of metals belonging to groups IVB, VB and / or VIE of the periodic table of elements.
La coexistence des phases alpha et beta est possible pour certaines compositions de matière et a été décrite par exemple par H.K.Park et autres dans l'article "Alpha - sialon ceramics", Science of Ceramics", Vol 10 p. 251 - 256, H. Ilausner (Ed) et également dans la demande de brevet britannique 2 118 927 A. Cette demande de brevet concerne des matières de coupe céramiques d'oxynitrure cIe silicium et d'aluminium comportant une phase alpha et une phase beta de Si-Al-O-N et une phase viLreuse. La matière mentionnée ci-dessus, toutefois, ne contient aucun carbure, nitrure ou carbonitrure rnfractaire. The coexistence of the alpha and beta phases is possible for certain compositions of matter and has been described for example by HKPark et al in the article "Alpha-sialon ceramics", Science of Ceramics ", Vol 10 pp. 251-256, H Ilausner (Ed) and also in British Patent Application 2 118 927 A. This patent application relates to silicon oxynitride and aluminum ceramic cutting materials having an alpha phase and a beta phase of Si-Al- The material mentioned above, however, contains no carbide, nitride or refractory carbonitride.
Les proprié s de la matière qui sont spécifiques pour l'invention ressortent de la description suivante. The properties of the material which are specific to the invention are apparent from the following description.
La présence d'une phase réfractaire vise à améliorer les propriétés de résistance à l'usure. Celle phase est pré- sente dans la matière sous la forme d'une phase discrète finement dispersée. Dans la description qui suit, le nitru re de titane est utilise comme phrase réfractaire car il constitue un principe dur souvent utilisé mais il est evi- dent que des améliorations similaires des propriétés peuvent être obtenues par d'autres sortes de principes durs réfractaires, par exemple des carbures, des nitrures ou des carbonitrures des métaux titane, tantale, chrome, molybdène, niobium , zirconium, hafnium et tungstène, ou leursmélanges.La présence d'oxygène dans les principes re- fractaires durs ne s ' est pas révélée défavorable mais, au contraire, ils peuvent avoir une influence favorable sur la densification pendant le frittage. Du point de vue de la fabrication, on préfère les nitrures car ils permettent d'obtenir un corps densément fritté cn utilisant un frittage sans pression. En utilisant des carbures, le frittage ne peut souvent pas être réalisé sans pression.The presence of a refractory phase is intended to improve the wear resistance properties. This phase is present in the material as a finely dispersed discrete phase. In the following description, titanium nitride is used as the refractory phrase because it is a hard principle often used but it is evident that similar improvements in properties can be obtained by other kinds of hard refractory principles, such as Examples of carbides, nitrides or carbonitrides of metals titanium, tantalum, chromium, molybdenum, niobium, zirconium, hafnium and tungsten, or their mixtures. The presence of oxygen in hard refractory principles has not proved unfavorable but on the contrary, they can have a favorable influence on densification during sintering. From the point of view of manufacture, nitrides are preferred because they make it possible to obtain a densely sintered body using sintering without pressure. By using carbides, sintering can often not be done without pressure.
Selon l'invention, la présence nécessaire de la phase alpha et de la phase beta de sialon est obtenue en réglant les matières de départ de telle manière qu'une quantité relativement faible d'alumine et de dioxyde de silicium et une plus grande quantité de nitrure d'aluminium et d'oxyde d'yttrium (ou matières correspondantes) conduit à une fraction augmentée du sialon alpha dans la structure. According to the invention, the necessary presence of the alpha phase and the sialon beta phase is obtained by regulating the starting materials in such a way that a relatively small amount of alumina and silicon dioxide and a larger amount of Aluminum nitride and yttrium oxide (or corresponding materials) leads to an increased fraction of sialon alpha in the structure.
La présence de sialon alpha conduit à une dureté plus grande sans chute notable des valeurs de résistance à la rupture transversale.The presence of sialon alpha leads to greater hardness without noticeable drop in transverse rupture strength values.
Les adjuvants de frittage, tels que de préférence l'oxyde d'yttrium, ont été utilisés pour réaliser le produit ci-dessus, mais on peut obtenir des résultats similaires avec un ou plusieurs oxydes, par exemple de strontium, cerium, lanthanum et autres éléments de la série des lanthanides. Sintering aids, such as preferably yttrium oxide, have been used to make the above product, but similar results can be obtained with one or more oxides, for example strontium, cerium, lanthanum and others. elements of the lanthanide series.
L'utilisation d'oxyde d'yttrium comme adjuvant de frittage cnnouit à une phase intergranulaire qui est essen tiellement vitreuse mais qui peut également comporter d'autres phases, par exemple YAG (une phase cubique de formule
Y3AL5012), Y-N-alpha-wollastonite (une phase monocyclique de formule YSiO2N), YAM (phase monocyclique de formule Y4Al209) et N-YAM (une phase monocyclique de formule
Y4Si207N2)
Selon l'invention, le produit consiste en plusieursphases et peut être préparé selon la description qui suit.The use of yttrium oxide as a sintering aid results in an intergranular phase which is essentially vitreous but which may also comprise other phases, for example YAG (a cubic phase of formula
Y3AL5012), YN-alpha-wollastonite (a monocyclic phase of formula YSiO2N), YAM (monocyclic phase of formula Y4Al209) and N-YAM (a monocyclic phase of formula
Y4Si207N2)
According to the invention, the product consists of several phases and can be prepared according to the description which follows.
Du nitrure de silicium, du nitrure d"aluminium,de l'alumine et du bîoxye de silicium, les oxydes pouvant être constitues par des impuretés dans les nitrures, sont amenés à réagir avec un oxyde d'au moins l'un des éléments suivants : yttrium, scandium, cerium, lanthanum ou autres métaux de la série des lanthanides. Pour des compositions appropriées de matières, on obtient deux phases du type sialon, et d'abord une phase hexagonale (phase beta) qui obéit à la formule générale Si6 z lzOzN8 z dans laquelle 0 < z < 4,2. Pour des valeurs élevées de z (z > 1,5), on obtient un abaissement de la ténacité, alors que pour des faibles valeurs de z, la composition de la matière peut rendre difficile le frittage dense sans pression. Silicon nitride, aluminum nitride, alumina and silicon alkoxide, the oxides being impurities in the nitrides, are reacted with an oxide of at least one of the following elements: : yttrium, scandium, cerium, lanthanum or other metals of the lanthanide series For appropriate compositions of materials, two sialon-like phases are obtained, and first a hexagonal phase (beta phase) which obeys the general formula Si6 in which 0 <z <4.2 For high values of z (z> 1.5), a decrease in toughness is obtained, whereas for low values of z the composition of the material can be reduced. make difficult the dense sintering without pressure.
La limite inférieure de la valeur de z est choisie de manière appropriee de sorte que le frittage sans pression devienne possible. La valeur limite inférieure exacte de z, pour laquelle le frittage sans pression a pleine densité est encore possible est difficile à déterminer car elle peut dépendre de la nature des phases réfractaires. The lower limit of the value of z is appropriately chosen so that sintering without pressure becomes possible. The exact lower limit value of z, for which sintering without full density pressure is still possible, is difficult to determine since it may depend on the nature of the refractory phases.
Ainsi, on a trouvé qu'il était possible, avec des compositions de matière comportant par exemple du nitrure de titane comme principe dur réfractaire, de fritter sans pression avec des faibles valeurs de z, par exemple 0,1, ce qui n'était pas possible sans une telle addition. Par conséquent, les principes durs réfractaires, en plus du fait qu'ils confèrent aux combinaisons de matières une grande résistance à l'usure, peuvent contribuer à une fermeture effective des pores pendant le frittage. La nature exacte du déroulement de ces phénomènes n'est pas connue, mais, très certainement, les impuretés J;lns les carbures et les nitrures réfractaires jouent un certain rôle à ce sujet.Thus, it has been found that it is possible, with material compositions comprising, for example, titanium nitride as hard refractory principle, to sinter without pressure with low values of z, for example 0.1, which was not possible. not possible without such an addition. Therefore, hard refractory principles, in addition to giving the material combinations a high wear resistance, can contribute to effective pore closure during sintering. The exact nature of the course of these phenomena is not known, but, most certainly, the impurities in carbides and refractory nitrides play a certain part in this respect.
La seconde phase de type sialon (phase alpha) qui est également hexagonale, est représentée par la formule générale Mx (Si,Al)12(0,N)16 , dans laquelle M peut être par exemple un ou plusieurs des éléments constitués par le lithium, le calcium, l'yttrium et les autres lanthanides, avec 0,1 < x < 2. Les oxydes de ces métaux, en plus de la formation de la phase alpha, provoquent également la formation d'u:e pllase vitreuse lalls le produit fritté. The second phase of sialon type (alpha phase) which is also hexagonal, is represented by the general formula Mx (Si, Al) 12 (O, N) 16, in which M can be for example one or more of the elements constituted by the lithium, calcium, yttrium and other lanthanides, with 0.1 <x <2. The oxides of these metals, in addition to the formation of the alpha phase, also cause the formation of a glassy base. the sintered product.
On a constaté que cette phase vitreuse entait nécessaire pour qu'un frittage dense soit possible sans pression.It has been found that this vitreous phase is necessary for dense sintering to be possible without pressure.
Si la quantité de phase vitreuse est élevée, elle peut provoquer une détérioration des propriétés à haute tempdra- ture. Toutefois, la quantité de phase vitreuse peut être réduite par une addition plutôt faible d'oxyde d'yttrium, ou une addition correspondante autres composés, ou par un traitement thermique dans lequel une partie de la phase vitreuse se transforme sous forme cristalline, par exemple YAM, YAG, N-YAM ou Y-N-alpha wollastonite. La phase de principe réfractaire dur qui consiste en carbures, nitrures ou carbonitrures de titane, de vanadium, de chrome, de molybdène, de tungstène, d'hafnium et/ou de zirco- nium est ajoutée sous la forme d'une matière brute en poudre à faible granulométrie pour donner une dispersion homogène dans la matrice ci-dessus.If the amount of glassy phase is high, it can cause deterioration of the properties at high temperature. However, the amount of vitreous phase can be reduced by a rather low addition of yttrium oxide, or a corresponding addition of other compounds, or by a heat treatment in which part of the glassy phase is converted into crystalline form, for example YAM, YAG, N-YAM or YN-alpha wollastonite. The hard refractory phase which consists of carbides, nitrides or carbonitrides of titanium, vanadium, chromium, molybdenum, tungsten, hafnium and / or zirconium is added in the form of a raw material in powder with a small particle size to give a homogeneous dispersion in the matrix above.
La quantité de matière de départ est choisie de telle manière que la structure frittée contienne 5 à 60 % en volume d'une phase de principes réfractaires durs sous la forme d'au moins un carbure ou nitrure des métaux réfractaires mentionnés précédemment dans une matrice comportant 10 à 70 % en volume d'une phase alpha du type sialon, 20 à 90 8 en volume d'une phase beta du type sialon et une phase vitreuse constituant 0,1 à 20 % en volume et qui peut être en partie cristalline
En général, la matière contient au plus 40 % en volume de phase alpha. De plus, les teneurs de la phase intergranulaire dans la matrice sont normalement au plus de 15 % en volume.La structure fritte contient généralement au plus 45 % en volume d'une phase de principes durs qui, comme mentionné précédemment, est constituée d'au moins un nitrure, habituellemellL tlu îolLrure de Litane.The amount of starting material is chosen such that the sintered structure contains 5 to 60% by volume of a phase of hard refractory principles in the form of at least one carbide or nitride of the refractory metals mentioned previously in a matrix comprising 10 to 70% by volume of an alpha phase of the sialon type, 20 to 90% by volume of a beta phase of the sialon type and a vitreous phase constituting 0.1 to 20% by volume and which can be partly crystalline
In general, the material contains at most 40% by volume of alpha phase. In addition, the contents of the intergranular phase in the matrix are normally at most 15% by volume. The sintered structure generally contains at most 45% by volume of a phase of hard principles which, as mentioned above, consists of at least one nitride, usually one of Litane's liquor.
Naturellement, la structura de la matière mcntionnée peut Outre obtenue d'une autre manière que celle qui a été décrite ci-dessus. Par-exemple, dans le brevet americain 4 127 416, on a décrit l'utilisation d'oxynitrures de silicium et d'aluminium, du genre polytype, au lieu de nitrure d'aluminium pour la préparation du slalon de type beta
Exemple 1
Un mélange comportant 85 % de Si3N4 (dont environ 2 % est du SiO2), 1,5 % de A1203, 7 % de AlN (dont 2 à 3 % sont constitués par Al2o3) et 6,5 # de Y203 - ce qui fait 85 % de la composition totale - a été mélangé avec 15 8 de TiN, broyé dans du propanol , séché,pressé pour constituer des corps d'essai et fritté dans une atmosphère d'azote à 17750 C. Une analyse aux rayons X a montré une forte réflexion du sialon alpha et beta et une réflexion moyenne de TiN. La matière a montré une phase TiN à très faible granulométrie et une dispersion homogène, en même temps qu'une phase alpha + beta contenant une certaine partie de phase vitreuse ( < 10 %). On a pu observer une 16- gère microporosité.Of course, the structura of the subject matter can in addition be obtained in a different way from that described above. For example, in US Pat. No. 4,127,416, the use of silicon and aluminum oxynitrides of the polytype type, instead of aluminum nitride, has been described for the preparation of the beta type slalon.
Example 1
A mixture comprising 85% Si 3 N 4 (of which about 2% is SiO 2), 1.5% Al 2 O 3, 7% AlN (of which 2 to 3% is Al 2 O 3) and 6.5% Y 2 O 3 - which makes 85% of the total composition - was mixed with 15% TiN, ground in propanol, dried, pressed to form test bodies and sintered in a nitrogen atmosphere at 17750 C. X-ray analysis showed a strong reflection of the alpha and beta sialon and a mean reflection of TiN. The material showed a TiN phase with a very small particle size and a homogeneous dispersion, together with an alpha + beta phase containing a certain portion of vitreous phase (<10%). A microporosity was observed.
Exemple 2
On a utilisé le même mélange que dans l'exemple 1, mais la composition de sialon constituait 70 % du poids total. Le reste était constitué par 30 % de TiN. On a réalisé le frittage à 17900 sous atmosphère d'azote pendant une heure . On a obtenu une structure uniforme et de faible granulométrie présentant une faible microporosité.Example 2
The same mixture was used as in Example 1, but the sialon composition constituted 70% of the total weight. The rest consisted of 30% TiN. The sintering was carried out at 17900 under a nitrogen atmosphere for one hour. A uniform structure with a small particle size and a low microporosity was obtained.
La densité a été de 3,55 g/cm . Des mesures par diffraction aux rayons X ont montré une forte réflexion de TiN et de sialon beta et une réflexion moyenne de sialon alpha.The density was 3.55 g / cm. X-ray diffraction measurements showed strong reflection of TiN and sialon beta and mean sialon alpha reflection.
La dureté a été de 1550 HV1. The hardness was 1550 HV1.
Exemple 3
On a mélangé 62 z de Si3N4 ( contenant environ 2 % de SiO2) avec 15 % de TiN, 16 % d'une polyphase de type 21 (de formule approximative SiA1602N6 , contenant environ
5 % de AlN), 5 % de Y203 et 2 % de A120.3. Le mélange a été broyé dans un broyeur vibrant rempli de propanol ,- dans lequel 1,2 b dt Ai 203 supplémentaire (calculé pour la poudre sèche sans agent de pressage) a été broyé sous la forme d'un corps. La poudre a été sécliéc, pressée pour constituer des échantillons d'essai et frittée de la même manière que dans l'exemple 1, c'est-a-dire à 17750 C.On a obtenu une matière dense et uniforme d'une densité de 3,32 g/cm et d'une dureté d'environ 1560 HVl. On a obtenu une microporosité insignifiante. L'examen aux rayons X a réve- lé une forte réflexion de siajon alpha et beta et une réflexion moyenne de TiN.Example 3
62% of Si 3 N 4 (containing about 2% SiO 2) was mixed with 15% TiN, 16% of a type 21 polyphase (approximate formula SiAl 160 O 6, containing about
5% AlN), 5% Y 2 O 3 and 2% Al 2 O 3. The mixture was ground in a vibratory mill filled with propanol, in which an additional 1.2% (calculated for the dry powder without a pressing agent) was ground into a body. The powder was dried, pressed to form test samples and sintered in the same manner as in Example 1, that is, at 17750 C. A dense and uniform material of a density was obtained. of 3.32 g / cm and a hardness of about 1560 HVl. An insignificant microporosity was obtained. X-ray examination revealed a strong reflection of alpha and beta siajon and a mean reflection of TiN.
Exemple 4
Les matières préparées selon les exemples 1 et 2 ont été essayées dans une opération de tournage de longue durée sur de l'acier SS 2541-03 -(norme suédoise), et on a mesuré l'usure de flanc (VB en mm), et l'usure par cratères (KT en ym Ces mesures ont été effectuées en fonction du temps de travail en minutes. Comme matière de référence pour l'essai, on a utilisé deux matières disponibles sur le marché : Sandvik CC 680 et Sandvik CC 650 (contenant du
A1203 et 30 % en poids de Ti(C,N). L'essai a été conduit avec la plaquette de coupe et suivant les conditions opé- ratoires ci-après
Géométrie de la plaquette : ISO SNGN 120416,chamfrein 0,2 mm/200
Vitesse de coupe : 100 m/mn
Avance : 0,36 mm/tr
Profondeur de coupe : 2 mm.Example 4
The materials prepared according to Examples 1 and 2 were tested in a long-running operation on steel SS 2541-03 - (Swedish standard), and sidewall wear (VB in mm) was measured, and crater wear (KT in ym) These measurements were made as a function of working time in minutes.Two test materials were used as reference material for the test: Sandvik CC 680 and Sandvik CC 650 (containing
A1203 and 30% by weight of Ti (C, N). The test was conducted with the cutting insert and according to the operating conditions below.
Plate geometry: ISO SNGN 120416, chamfer 0.2 mm / 200
Cutting speed: 100 m / min
Feed rate: 0.36 mm / rev
Depth of cut: 2 mm.
Sur les Figs 1 et 2, on a représenté les usures VB et KT par les valeurs moyennes de deux essais, la Fig. In FIGS. 1 and 2, the wearings VB and KT are represented by the mean values of two tests, FIG.
1 montrant l'usure de flanc VB et la Fig. 2 montrant l'usure (KT) par cratérisation en fonction du temps. Dans ces
Figures, les diverses courbes représentent les matieres suivantes
Variante 1 : CC 680,
Variante 2 : matière de l'exemple 1,
Variante 3 : matière de l'exemple 2
Variante 4 : CC 650.1 showing sidewall wear VB and FIG. 2 showing wear (KT) by cratering as a function of time. In these
Figures, the various curves represent the following topics
Variant 1: CC 680,
Variant 2: material of example 1,
Variant 3: Subject of Example 2
Variant 4: CC 650.
De plus, on a testé la ténacité dans un corps d'essai moulé spécialement formé (SS 0125), la matière de cou- pe ayant été exposée à des charges mécaniques et à des chocs thermiques importants. In addition, the toughness was tested in a specially formed molded test body (SS 0125), the blank having been exposed to high mechanical loads and thermal shocks.
On a procédé à un autre essai de coupe dans les conditions suivantes
Géométrie de la plaquette : ISO SNGN 120416, chanfrein 0,2 irtin x 200
Vitesse de coupe : 300 m/mn
Avance : 0,5 mmXtr Profondeur de coupe 3 3 mm
Dans ce test, on a defini la durée de vie quant à la résistance par observation de la défaillance de la plaquette. La durEe de vie moyenne, qui peut être obtenue à partir de la fréquence des fractures accumulées dans la
Fig. 3, en utilisant les mêmes qualités ou variantes 1 à 4 de matières que dans les Figs 1 et 2, a été déterminée à partir de 15 essais.On a obtenu les résultats suivants
CC 680 7,93 mn
Exemple 1 4,87 mn
Exemple 2 6,00 mn
CC 650 1,20 mn
I1 ressort des essais d'usinage pour etudier la ré- sistance à l'usure et la ténacité que la matière selon l'invention se caractérise en ce qu'elle permet avec sue- cès de combiner la résistance supérieure à l'usure des matières céramiques à base d'oxyde avec la ténacité supérieure des matières céramiques à base de nitrure de silicium. Comme on le voit sur les Figs 1 et 2, les courbes d'usure s'accordent parfaitement avec la matière à base d'oxyde , tandis que la ténacité (Fig. 3) s'accorde parfaitement avec les matières à base de nitrure de silicium,
Par conséquent, la matière selon l'invention présente un champ d'applications considérablement plus large que les matières céramiques déjà connues. Another cutting test was conducted under the following conditions
Plate geometry: ISO SNGN 120416, chamfer 0,2 irtin x 200
Cutting speed: 300 m / min
Feed rate: 0.5 mmXtr Cutting depth 3 3 mm
In this test, the lifetime of the resistance was determined by observation of the failure of the wafer. The average life span, which can be obtained from the frequency of accumulated fractures in the
Fig. 3, using the same grades or variants 1 to 4 of materials as in Figs 1 and 2, was determined from 15 tests. The following results were obtained:
CC 680 7.93 mn
Example 1 4.87 mn
Example 2 6.00 mn
CC 650 1.20 min
It appears from the machining tests to study the wear resistance and toughness that the material according to the invention is characterized in that it allows with success to combine the superior resistance to wear of the materials. oxide ceramics with the superior toughness of ceramic materials based on silicon nitride. As can be seen in Figs 1 and 2, the wear curves are in perfect agreement with the oxide material, while the toughness (Fig. 3) matches perfectly with the nitride based materials. silicon,
Therefore, the material according to the invention has a field of application considerably wider than the ceramic materials already known.
Claims (5)
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CH110184 | 1984-02-29 | ||
SE8401101A SE451195B (en) | 1984-02-29 | 1984-02-29 | CERAMIC MATERIAL BASED ON SILICON NITRID |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
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FR2560182A1 true FR2560182A1 (en) | 1985-08-30 |
FR2560182B1 FR2560182B1 (en) | 1991-10-31 |
Family
ID=25686645
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
FR8502656A Expired - Lifetime FR2560182B1 (en) | 1984-02-29 | 1985-02-25 | CERAMIC MATERIAL BASED ON SILICON NITRIDE AND A PHASE OF HARD REFRACTORY PRINCIPLE |
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FR (1) | FR2560182B1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN103269817A (en) * | 2010-12-22 | 2013-08-28 | 山特维克知识产权股份有限公司 | Cutting tool made of sialon based material |
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EP0087888A2 (en) * | 1982-02-26 | 1983-09-07 | LUCAS INDUSTRIES public limited company | Method of forming ceramic materials and ceramic products, and ceramic materials and ceramic products formed thereby |
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EP0095129A1 (en) * | 1982-05-20 | 1983-11-30 | GTE Laboratories Incorporated | Composite ceramic cutting tool and process for making same |
EP0095130A1 (en) * | 1982-05-20 | 1983-11-30 | GTE Laboratories Incorporated | Coated composite modified silicon aluminum oxynitride cutting tools |
DE3414979A1 (en) * | 1983-04-25 | 1984-10-25 | Mitsubishi Kinzoku K.K., Tokio/Tokyo | SIALON-BASED CERAMIC MATERIAL WITH HIGH WEAR RESISTANCE |
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- 1985-02-25 FR FR8502656A patent/FR2560182B1/en not_active Expired - Lifetime
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CN103269817A (en) * | 2010-12-22 | 2013-08-28 | 山特维克知识产权股份有限公司 | Cutting tool made of sialon based material |
CN103269817B (en) * | 2010-12-22 | 2015-08-12 | 山特维克知识产权股份有限公司 | Based on the ceramic material of silicon aluminum oxygen nitrogen polymerization material, the coated cutting tool be made up of this material and manufacture method thereof |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
FR2560182B1 (en) | 1991-10-31 |
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